FR2683591A1 - Dispositif de mesure et d'intervention dans un forage et utilisation dans un puits petrolier. - Google Patents

Dispositif de mesure et d'intervention dans un forage et utilisation dans un puits petrolier. Download PDF

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Abstract

- L'invention concerne un dispositif de mesure et/ou d'intervention dans un puits, comportant une tige (2) rigide en compression et élastique en flexion et un instrument de mesure (3) fixé à l'extrémité de la tige. La tige (2) comporte un noyau (10) dont la section transversale a une forme aplatie adaptée à fournir à la tige une plus grande souplesse en flexion dans un premier plan (PF), par rapport à la flexion dans un plan orthogonal (PR) au premier. - Une ligne (11, 12) de transfert d'énergie ou d'informations est incorporée à la fabrication du noyau en matériau composite. - Une enveloppe (14, 15) enrobe le noyau (10) pour donner à la tige une forme extérieure sensiblement cylindrique. - L'invention concerne également l'utilisation du dispositif dans un puits de production (4) d'un effluent pétrolier.

Description

La présente invention concerne un dispositif et une application de ce
dispositif permettant d'effectuer des mesures et/ou des interventions dans un puits au niveau des
formations environnantes.
L'invention est notamment applicable lorsqu'il s'agit d'effectuer des mesures et/ou des interventions au niveau de formations géologiques traversées par un puits Dans ce cas, les mesures effectuées peuvent comporter l'enregistrement de la pression et de la température de fond du puits, la mesure de la résistivité électrique, ainsi que des mesures acoustiques, nucléaires, etc On peut également opérer des canons de perforations, des
outils de complétion ou des caméras de visualisation.
1 O Ces techniques de mesures et/ou interventions sont bien connues des spécialistes
et ne seront pas décrites ici plus en détail.
La présente invention est particulièrement bien adaptée pour effectuer des mesures et/ou interventions dans un puits de production pétrolière comportant un drain
fortement incliné par rapport à la verticale ou même horizontal.
On connait le document US-4685516 qui décrit un système de mesure ou d'intervention dans un puits comportant un tube métallique enroulé par déformation plastique (coil tubing) sur un touret, un câble de transmission électrique étant enfilé dans le tube La mise en place d'un tel câble est problématique, car elle ne peut se faire que lorsque le tube est entièrement déroulé De plus, les déformations plastiques induites par
l'enroulement sur le touret, diminuent la fiabilité du système par la fatigue qui en résulte.
Il en est de même pour les phénomènes de corrosion.
On connaît le brevet FR-2631708 qui décrit un dispositif de mesure et d'intervention dans un puits, qui perfectionne la technique en résolvant la plupart des inconvénients du dispositif précédemment cité Mais la tige divulguée dans ce document
présente l'inconvénient d'une rigidité telle que le diamètre de touret est trop encombrant.
Les inconvénients des dispositifs selon l'art antérieur sont considérablement réduits, si ce n'est éliminés, par l'utilisation du dispositif selon la présente invention pour effectuer des mesures et/ou des interventions dans un puits, ce dispositif comportant une tige et un instrument de mesure et/ou d'intervention disposé à une extrémité inférieure de
3 O la tige La tige est élastique en flexion et rigide en compression.
La tige du dispositif est adaptée à être enroulée sur un touret et comporte un noyau en matériau polymérique comportant des fibres de renfort Sur au moins une longueur de ladite tige, la forme du profil du noyau suivant une section droite de la tige, est adaptée à ce que les contraintes induites par flexion de la tige dans un premier plan passant par le centre de gravité du profil, sont notablement plus faibles comparativement à
celles induites par une flexion dans un plan sensiblement orthogonal au premier.
La tige peut comporter au moins une ligne adaptée au transfert d'énergie ou d'informations, telle une ligne électrique, fluidique, ou optique, ladite ligne étant noyée dans le matériau dudit noyau. La tige peut comporter au moins une enveloppe en matériau polymérique ayant
un allongement à la rupture plus grand que celui dudit noyau.
Le profil extérieur de ladite enveloppe peut être sensiblement circulaire.
Le matériau dudit noyau peut comporter des fibres de verre, de carbone ou de
1 O polyaramide noyées dans une matrice en résine thermoplastique ou thermodurcissable.
D'une manière préférentielle, ce matériau peut comporter des fibres de verre
noyées dans une résine époxyde, polyester insaturé, phénolique ou vinylester.
Le matériau de ladite enveloppe peut être choisi parmi les éléments du groupe des polymères suivants: polyamide, polyfluorure de vinylidène, polyoléfine réticulé ou non,
1 5 polychlorure de vinyle, polysulfone, polyoxyde de phénylène ou polysulfure de phényle.
Le profil extérieur du noyau peut être sensiblement deux fois plus large qu'épais et les flancs peuvent être arrondis suivant un cercle ayant pour diamètre sensiblement
l'épaisseur dudit noyau.
La nature du matériau constituant l'extérieur de ladite tige peut être adaptée à diminuer le frottement entre la tige et les parois du puits et/ou peut comporter un agent anti-abrasion. Avantageusement, la tige peut être fabriquée en continu par extrusion ou pultrusion.
Ledit noyau peut être tubulaire.
L'invention fournit également une application du dispositif, à un puits de production d'un effluent pétrolier comportant une partie fortement déviée par rapport à la verticale. L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à
la lecture de la description qui suit, d'exemples nullement limitatifs, illustrés par les
3 O figures annexées parmi lesquelles: la figure 1 représente un dispositif selon l'invention lors de sa mise en place dans le puits, les figures 2 A, 2 B, 2 C et 2 D représentent une section de la tige suivant quatre modes de réalisation, les figures 3 A et 3 B représentent en coupe partielle un touret suivant un plan passant par l'axe de rotation, la figure 4 A représente la déformation de la tige en flambage dans le puits,
la figure 4 B représente un autre mode de flambage de la tige.
la figure 5 représente la flexion de la tige suivant deux plans orthogonaux. Sur la figure 1, la référence 1 indique le touret sur lequel est bobinée une tige 2 qui sert aux déplacements de l'instrument 3 dans le puits 4, de manière à effectuer
les mesures et/ou interventions dans une ou plusieurs zones du puits 4.
La tige 2, qui est flexible, quitte le touret 1 en passant sur un organe de renvoi 5, 1 O tel un ensemble de poulies, adapté à positionner la tige dans l'axe du puits quelle que soit la position du touret et son remplissage, et traverse des moyens de traction et de poussée
adaptés à pousser la tige 2 dans le puits, à la retenir ou à l'en extraire.
Ces moyens 6 de traction et de poussée peuvent, par exemple, être constitués de deux chenilles en caoutchouc enserrant la tige 2 et se déplaçant dans le sens souhaité pour
1 5 manoeuvrer la tige 2.
La tige 2, qui est résistante à la compression de manière à permettre une poussée sur l'instrument 3, est réalisée en un nombre très limité de tronçons et peut même n'en
comporter qu'un.
La tige 2 comporte au moins une ligne adaptée au transfert d'énergie et/ou d'informations, telle une, ou plusieurs, ligne électrique, fluidique ou optique, qui permet de relier l'instrument 3 disposé à l'extrémité inférieure de la tige 2 à la surface o se trouve l'extrémité supérieure de la tige 2 A cette extrémité supérieure sont reliés, éventuellement par l'intermédiaire d'un connecteur tournant, des appareils 7 de contrôle
et/ou de commande de l'instrument 3.
L'installation de surface représenté sur la figure 1 peut être complété par un système d'étanchéité 21 disposé autour de la tige et fixé sur la tête du puits 4 Une canalisation 22 communique avec le puits 4 en dessous de l'étanchéité annulaire 21 et
permet d'injecter ou de collecter un fluide dans ou provenant de l'annulaire puits/tige.
Les figures 2 A, 2 B, 2 C et 2 D montrent des exemples, nullement limitatifs, de
3 O sections droites de la tige suivant la présente invention.
Sur les figures 2 A et 2 D, la tige est simplement constituée par un noyau 10 comportant au moins une ligne électrique 11 Sur ces deux figures, on a illustré une tige comportant deux lignes électriques, par exemple une de mesure et l'autre de puissance, et
un tube 12 pour une transmission fluidique.
Le profil du noyau de la tige est aplati, ce qui lui confere une propension à fléchir plus facilement autour d'un axe parallèle à sa plus grande dimension, ici l'axe référencé 16. Cette forme aplatie est notamment dessinée en prenant en compte la surface de cette section pour que la tige puisse résister à des efforts de traction et de compression déterminés, avec les coefficients de sécurité usuels dans la profession L'épaisseur du noyau, ou dimension principale suivant un axe perpendiculaire à l'axe 16, est calculée en fonction des contraintes de flexion admissibles dans la matière du noyau, quand la tige est
fléchie suivant une courbure d'axe parallèle à l'axe 16.
1 O La forme aplatie du noyau autorise un rayon de cette courbure plus faible que
pour un noyau cylindrique, à aire de la section égale et pour des contraintes identiques.
Cette forme de noyau confère à la tige une capacité d'être enroulée sur un touret
de diamètre moins encombrant, comparativement à une tige cylindrique.
La forme préférentielle du noyau est représentée sur la figure 2 D o la largeur
1 5 totale du noyau est double de l'épaisseur et les flancs suivant l'axe 16 ont une forme semi-
circulaire ayant l'épaisseur pour rayon.
Cette forme, qui peut avoir 17 mm d'épaisseur et 34 mm de large, a une section équivalente en surface à une section circulaire de diamètre 25,6 mm Du point de vue résistance aux efforts longitudinaux, les deux tiges ayant les deux sections de noyau
2 O précédentes, seront équivalentes.
Par contre, les allongements et donc les contraintes de tractions, des fibres les plus éloignées de la courbure du tambour sont plus faibles pour le noyau aplati que pour
le noyau cylindrique.
Toutes choses étant égales par ailleurs, la tige cylindrique précédente qui pourrait s'enrouler par déformation élastique autour d'un tambour de 3 mètres de diamètre, s'enroulera sur un diamètre de 2 mètres, dans les mêmes conditions, si on donne au
noyau la forme aplatie décrite plus haut.
On ne sortira pas du cadre de cette invention si la forme générale du noyau est différente de ci-dessus, mais si la tige possède un plan de courbure privilégié, autrement 3 O dit si le noyau de la tige est plus souple dans un plan et plus rigide dans une direction
sensiblement orthogonale.
La figure 5 représente les deux plans orthogonaux PR et PF Ces deux plans sont sécants sensiblement sur la fibre neutre de la tige 2 La tige 2 F est fléchie de façon à conserver sa fibre neutre sensiblement dans le plan PF et avoir pour centre de courbure CF, inclus dans ce même plan La tige 2 R est fléchie de façon à conserver sa fibre neutre sensiblement dans le plan PR et avoir pour centre de courbure CR, inclus dans le plan PR Sur cette figure, on peut comparer les deux déformées 2 F et 2 R: à rayon de courbure égal, les contraintes de flexion induites dans la tige 2 F sont plus faible que celle dans la tige 2 R, à contraintes de flexion égales, le rayon de courbure de la tige 2 F sera plus petit que celui de la tige 2 R L'utilisation de cette particularité du profil du noyau est illustrée sur la figure 3 B o le tambour 17 du treuil de stockage de la tige 2 a pour axe de rotation l'axe référencé 1 O 18 Le noyau 10 de la tige 2 est enroulé de façon à ce que sa dimension la plus large soit
parallèle à l'axe du tambour.
Le noyau de la tige peut être réalisé en matériau polymérique comportant des fibres de renfort en verre, carbone ou polyaramide noyées dans une matrice en résine thermoplastique ou thermodurcissable La matrice est avantageusement une résine
1 5 époxyde ou phénolique ou polyester insaturé ou vinylester.
Les fibres de renfort sont notamment parallèles à l'axe longitudinal de la tige de
façon à résister préférentiellement aux contraintes longitudinales.
La ou les lignes de transfert d'énergie et/ou de commandes 11, 12 sont avantageusement noyées dans la tige au moment de la fabrication On pourra utiliser pour cela les techniques de pultrusion ou d'extrusion par lesquelles une matière malléable est respectivement poussée par une presse dans une filière ou tirée à la sortie d'une filière Le profil de la filière donnant le profil de la tige Le noyau 10 pourra être creux comme référencé 13 sur la figure 2 C. La figure 4 A illustre le flambage par compression d'une tige constituée par un noyau tel les figures 2 A et 2 D La tige s'arc-boute contre les parois du puits 4 suivant une onde dont la demie longueur d'onde est représentée par la référence P Plus la tige est souple, plus cette distance P est courte et plus il y a de points de contact La force de poussée sur une telle tige est notamment fonction de la résistance au flambage de la tige,
du nombre de contacts et de la force de contact contre la paroi du puits 4.
3 O Bien souvent, il n'est plus possible de faire avancer la tige dans le puits quand
celui-ci est trop large ou que la tige est trop fine et trop souple.
Il est connu également qu'une tige ayant une inertie à symétrie axiale, en flambage dans un cylindre, s'arc-boute parfois suivant une spirale Il n'y a plus alors contact ponctuel mais contact linéaire le frottement devient très important dans ce cas La forme du noyau de la tige selon l'invention limite ce phénomène puisque la déformation en flambage se faisant à énergie minimale, la tige a tendance à rester dans un plan
perpendiculaire à la plus grande largeur du noyau.
Ces difficultés de déformation limitent souvent l'utilisation d'une telle tige à son introduction dans un puits dont le diamètre intérieur n'est par trop grand par rapport au diamètre de la tige Cela limite la déformation de la tige lorsque celle-ci est en compression En effet, plus le rapport du diamètre du puits sur le diamètre de la tige est
petit, moins l'onde de déformation aura une forte amplitude.
On peut également enrober le noyau 10 dans une matière plastique souple comme 1 O illustré sur la figure 2 B Le noyau 10 est enrobé dans une enveloppe 14 dont la forme extérieure est sensiblement cylindrique Une fonction principale de l'enveloppe 14 est notamment de limiter la déformation de la tige 2 comme représenté sur la figure 4 B, le noyau de la tige 2, le diamètre du puits 4 et la force de compression étant identiques dans les deux figures 4 A et 4 B La distance L est alors supérieure à P. 1 5 Le matériau de l'enveloppe 14 est en général dépourvu d'éléments de renfort et est choisi parmi les éléments du groupe des polymères suivants: polyamide, polyfluorure de vinylidène, polyoléfine réticulé ou non, polychlorure de vinyle, polysulfone,
polyoxyde de phénylène ou polysulfure de phényle.
L'allongement à la rupture du matériau de l'enveloppe 14 sera préférentiellement
plus faible que celui de la matière composite du noyau.
Les fonctions principales que fournissent cette enveloppe sont notamment: d'augmenter la dimension extérieure de la tige sans limiter la souplesse en flexion du noyau, de donner à la tige une forme extérieure sensiblement de révolution, de protéger le matériau composite et les fibres de renfort du noyau d'une ambiance agressive, de limiter le coefficient de frottement contre les parois du puits en comportant des produits adaptés,
d'empêcher l'abrasion par friction du noyau sur les parois du puits.
3 O Comme cela a été dit plus haut, c'est le noyau qui résiste aux efforts principaux de traction et de compression, le rôle de l'enveloppe est avantageux pour protéger le
noyau de l'usure ou de phénomènes de destruction par des fluides agressifs.
Pour améliorer ou compléter cette protection dans les situations les plus rigoureuses, on peut, de plus, enrober l'enveloppe d'une autre épaisseur 15 comme représenté sur la figure 2 C. Les techniques de fabrication des tiges ayant un profil suivant 2 B et 2 C seront similaires à celles décrites plus haut, mais chaque matériau imposera l'utilisation d'un
matériel spécialisé.
La fabrication pourra se faire en continu, c'est-à-dire que le profil final est obtenu en une seule passe Mais il pourra se faire en autant de passes que de matériau, ce qui
impose alors un stockage sur touret entre chaque passage dans la filière appropriée.
1 i O La figure 3 A représente le stockage de la tige 2 lorsque celle-ci a un noyau enrobé dans au moins une enveloppe 14 L'enroulement de la tige se fait suivant l'orientation du plat du noyau parallèlement à l'axe 18 En effet, le module d'élasticité de la matière de l'enveloppe étant plus faible que celui du noyau, la tige s'enroule autour
d'un axe suivant l'orientation du noyau qui lui donne le plus de souplesse.
1 5 On ne sortira pas du cadre de cette invention si la forme extérieure de l'enveloppe de la tige n'est pas sensiblement cylindrique, mais si les rôles et les avantages de ou des
enveloppes enrobant le noyau sont conservés.
On pourra également inclure dans la matière constituant le noyau ou les enveloppes, des charges alourdissantes dont la fonction est d'augmenter la masse volumique de la tige En effet, dans le cas d'utilisation dans des puits remplis d'un fluide de densité importante, la tige plongée dans le puits risque d'avoir tendance à flotter, ce qui nécessite une poussée supplémentaire par l'appareil de surface Il est alors préférable
d'avoir une tige plus lourde qui sera comprimée sur une moins grande longueur.
La tige selon l'invention est avantageusement utilisée en un seul tronçon, mais il sera possible d'avoir plusieurs tronçons connectés les uns aux autres par des connecteurs
appropriés et dessinés sur la base du document FR-2631708 déjà cité.
Entre ces différent tronçons, il sera possible d'intercaler des éléments de lest, par
exemple équivalents aux masses-tiges utilisées en forage.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1) Dispositif pour effectuer des mesures et/ou des interventions dans un puits, ledit dispositif comportant une tige ( 2) et un instrument ( 3) de mesure et/ou d'intervention disposé à une extrémité inférieure de ladite tige, celle-ci, étant élastique en flexion et rigide en compression, est adaptée à être enroulée sur un touret ( 1) et comporte un noyau ( 10) en matériau polymérique comportant des fibres de renfort, caractérisé en ce que sur au moins une longueur de ladite tige ( 2), la forme du profil du noyau ( 10) suivant une section droite 1 O de la tige, est adapté à ce que les contraintes induites par flexion de la tige dans un premier plan (PF) passant par le centre de gravité dudit profil, sont notablement plus faibles comparativement à celles induites par une flexion dans un plan (PR) sensiblement
orthogonal au premier.
2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tige ( 2) 1 5 comporte au moins une ligne ( 11, 12) adaptée au transfert d'énergie ou d'informations, telle une ligne électrique, fluidique, ou optique, ladite ligne étant noyée dans le matériau
dudit noyau.
3) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
ladite tige comporte au moins une enveloppe ( 14, 15) en matériau polymérique ayant un
allongement à la rupture plus grand que celui dudit noyau ( 10).
4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le profil extérieur de
ladite enveloppe est sensiblement circulaire.
)Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
ledit matériau dudit noyau comporte des fibres de verre, de carbone ou de polyaramide
noyées dans une matrice en résine thermoplastique ou thermodurcissable.
6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit matériau comporte des fibres de verre noyées dans une résine époxyde, polyester insaturé,
phénolique ou vinylester.
7) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau de ladite 3 O enveloppe est choisi parmi les éléments du groupe des polymères suivants: polyamide, polyfluorure de vinylidène, polyoléfine réticulé ou non, polychlorure de vinyle,
polysulfone, polyoxyde de phénylène ou polysulfure de phényle.
8) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le
profil extérieur du noyau est sensiblement deux fois plus large qu'épais et en ce que les flancs sont arrondis suivant un cercle ayant pour diamètre sensiblement l'épaisseur dudit noyau.
9) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la
nature du matériau constituant l'extérieur de ladite tige est adaptée à diminuer le frottement entre la tige et les parois du puits et/ou comporte un agent anti-abrasion.
) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
ladite tige est fabriquée en continu par extrusion ou pultrusion.
11) Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que
ledit noyau est tubulaire.
12) Application du dispositif selon l'une des revendications précédentes, à un
puits ( 4) de production d'un effluent pétrolier comportant une partie fortement déviée par
rapport à la verticale.
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